"محاماة الحرارة" لماذا "رامجيت مادرز"

ومحركات الرجم هي أفقات الطيران الخارقة والشديدة الصمود، التي تعمل بكفاءة في سرعة من 2 إلى ما بعد 5، خلافاً لتحديات الاضطرابات، لا توجد فيها محركات متحركة متناوبة، بل إنها تعتمد على حركة المحرك الأمامية لضغط الهواء الوافد، وهذا الترهيب يؤدي إلى تداول شديد:

التحديات الأساسية التي تواجه العملية الرفيعة المستوى

:: العمل بسرعة فوق ماك 2، يُخضع عناصر الهرمية لمعاقبة مزيج من الضغوط الحرارية والميكانيكية والكيميائية، ومن الضروري فهم هذه التحديات لتقدير سبب عدم كون المواد المتقدمة مجرد تحسينات تدريجية وإنما تكنولوجيات فرز البعثات.

درجة الحرارة القصوى والعادات الحرارية

درجة حرارة الركود عند محرك المركبة ترتفع بمساحة رقم الماك، وفي المدفع 4، يمكن أن تكون درجة الحرارة في الهواء التي تدخل المحرقة عند درجة حرارة تبلغ 000 1 درجة مئوية كافية للوقود النفاث دون أن تشتعل حرارة، وفي داخل المحرقة، يمكن أن تصل درجات حرارة اللهب إلى 700 2 درجة مئوية.

الاختناق والتصويب

وفي درجات الحرارة العالية، يصبح الأكسجين في الهواء تفاعلاً قوياً، وحتى الفولاذ غير قابل للاستمرار يزيد بسرعة على 000 1 درجة مئوية، ويتكون من مقياسات رشيقة تُنتج وتخفض سميك العنصر الهيكلي، وتضيف غازات الاحتراق مزيداً من التعقيد: الهيدروجين غير المحترق، والبخار المائي، وثاني أكسيد الكربون يمكن أن يهاجم السطح من الناحية الكيميائية.

الميكانيكية والهوائية

بالإضافة إلى الحرارة، فإن عناصر الهرم تحمل ضغوطاً دينامية عالية (حتى عدة أجواء) وهتز شديد من عدم الاستقرار في الاحتراق وثبات الهوائي، وخطبة العجلات الرئيسية من السدود وأجهزة الأنف تختبر قوى قذيفة أثناء شرائها عبر الغلاف الجوي، ويجب أن تحتوي الحنجرة على الغازات العادمة المتزايدة دون تشويهها، وأي مواد غير مقاومة للصدمة ذاتية عالية في آن واحد

الابتكارات المادية: جيل جديد من المركبات المقاومـة للهـات والسويات

وللتغلب على هذه التحديات، تحول الباحثون والمهندسون إلى مواد تتجاوز حدود المعادن التقليدية، وأهم مجموعة تقدم حول ثلاث أسر: مركبات مصفوفة السيراميك، وخزائن درجة الحرارة فوق العالي، ومعادن ومسالك متطورة، وكل منها يوفر توازناً متميزاً في الممتلكات لمختلف مناطق المحركات.

Ceramic Matrix Composites (CMCs)

وتجمع هذه المركبات الألياف الخزفية التي تجسدها مصفوفة السيراميكية، وتوفر الألياف القسوة وتمنع الفشل الكارثي، بينما توفر المصفوفة الاستقرار الحراري ومقاومة الأكسدة، وتستخدم أكثر مكونات نظام CMC نضجاً [(FLT:0)] ألياف النسيك في مصفوفة وزنية مخفضة .

وقد تم بنجاح نشر أجهزة التحكم في الطوابق الاضطرابات وأجهزة الاحتراق في محركات الطائرات ذات الأداء العالي (مثل محرك الشبكة الأرضية لشبكة جي جي جي) ويجري تكييفها الآن لمحرقات الهرم، وتركز مقاومتها للصدمات الحرارية على محركات يجب أن تتسارع بسرعة من سرعة التحلل إلى معطفات مسببة للتوتر السطحي.

السيراميكات المعمارية فوق العالي

وبالنسبة لأحدث المناطق، فإن الحواف الرئيسية، والحنجرة حتى الحنجرة، تختفي، وهذا هو مجال مركبات الهيدروكربون المشبع بالفلور: المواد التي تذوب في درجات حرارة أعلى من 000 3 درجة مئوية.

(أ) تبين العمل الأخير في وكالة ناسا ومختبر بحوث القوات الجوية أن مركبي شركة ZrB2-SiC يمكن أن ينجوا من التعرض المتكرر لدرجات الحرارة فوق 200 درجة مئوية في أنفاق الرياح الموسمية بأقل قدر من التحات، وأن طبقة الأوكسيد التي تشكل على نطاق الترددات الأحادية الكثيفة كدروع حرارية ذاتية الحدة، ولا تزال التحديات قائمة:

المعادن المُرتجلة ورحلاتهم

وفي حين أن السيراميات تؤدي إلى أداء درجة الحرارة، فإن المعادن الكهرمائية مثل التنغستن، والموليبدينوم، والنيوبيوم توفر مساراً آخر، وتذوب هذه المعادن نقاطاً تزيد عن 400 2 درجة مئوية ويمكن أن تُجهز وتُبلَّغ بسهولة أكبر من السيراميات، وتُعدُّلها الرئيسي هو أكسيد الكوارث عند درجات الحرارة العالية: تشكل البخارات المتطايرة المتطايرة المُهرة.

ومن التطورات الأخيرة: ] - الأزهار القائمة على النسيان ] (مثلاً، C-103، Nb-1Zr) مع تحسين قوة الحرارة العالية وارتدادها.

التكتل التكويني التالي وهندسة السطح

ولا يمكن أن تُفرَق أي مادة واحدة في كل ممتلكات، وبالتالي فإن نظم التغليف أصبحت ذات أهمية بالنسبة للمواد التي تستخدمها الاستراتيجية الفرعية نفسها، فالتغطية الحرارية والبيئية المتقدمة (مركبات الكربون الكلورية فلورية) تتيح استخدام مواد أساسية أقل مقاومة للأكسدة (مثل طبقة من المعادن الخردة أو مركبات الكربون الكلورية فلورية) للبقاء على قيد الحياة لآلاف الساعات في بيئة عدائية.

وثمة حدود أخرى هي التنصيص السطحي والمواد ذات الرتب الوظيفية (FGMs) ، حيث أن لتشويه الأعضاء التناسلية الأنثوية تركيبة يمكن أن تتغير تدريجياً من سطح قوي ومقاوم للأكسدة إلى داخلي قوي وسلوكي، مما يقلل من الضغوط المتداعية.

نانوماتيوس وسيراميات الصحة الذاتية

وفي حدود البحوث، يعد مفهومان قفزات أكبر: المواد النانوية والسراما ذاتية التعافي.

السيراميكات المغنّسة

(أ) دمج الجسيمات النانوية (مثلاً، النانووبات الكربونية، أو الغرافيني، أو قنبل السيليكون النانوي) في مصفوفات السيراميات يمكن أن يحسن بشكل كبير من القوة والسلوك الحراري ومقاومة الأكسدة، بينما يُعزز ارتفاع المساحة السطحية من الجسيمات النانوية تكوين مقياس للأوكسيدية الواقية، ويمكن أن يُخدم أيضاً كراكبين في المائة من الكولات في جامعة كاليفورنيا.

السيراميكات الخاصة بالصحة الذاتية

Inspired by biological systems, self-healing ceramics incorporate encapsulated healing agents -often a polymer or a low-melting- glass-the are released when a crack propagates. The released material flows into the crack and then reacts with the environment or solidifies, sealing the damage. For high-temperature use, researchers have developed self-heal

الاختبار والتقييم: من المختبر إلى الرحلة

"التحكّم باستخدام ديناميات السوائل المحسوبة" "و تحليل العناصر النهائية" "يساعد على التنبؤ بالحمّل الحراري والميكانيكي" "ثمّ تختبر العينات في "محرك الـ"فلورو-تين

ومن الأمور الحاسمة التحقق من صحة السلوك المادي في ظل الظروف العابرة ].() ويحدث العديد من الإخفاقات أثناء بدء العمل أو الإجهاض، عندما تكون المستويات الحرارية أشد، أما المواد التي تنجو من التشغيل الثابت فيمكن أن تنهار أثناء سرعة التسريع أو التبريد، فتؤدي الأجهزة الجديدة، مثل أجهزة قياس الألياف الضوئية المثبتة، وأجهزة قياس الحرارة في المحركات الأشعة تحت الحمراء.

الاتجاهات المستقبلية: المحركات الهجينية للطيران وما بعدها

وتلبي عمليات التقدم في مواد الهرم مباشرة الجيل القادم من الطائرات والقذائف والمركبات التي يمكن استخدامها في الفضاء، كما أن برامج مثل [المحرك النهائي للأسلحة الجوية [HAWC] و [محرك كامل مركب]

بالنسبة لإمكانية الوصول إلى الفضاء، تتطلب مفاهيم جديدة مثل ] مهندس روكيت SABRE-Breathing Air-Breathing)) مواد يمكن أن تعالج كلا من الهواء وأسلوب الصواريخ، ويجب أن ينجو معالج الصواريخ من درجات حرارة الهواء البالغة 000 1 درجة مئوية بينما يبردها إلى - 150 درجة مئوية في صدمات الألف.

وتستكشف البحوث الطويلة الأجل مركبات الكربون - مركبات الكربون ] (المستخدمة في نوبات الصواريخ) لمحرقات الهرم، وإن كانت معدلات التسمم مرتفعة. ]

خاتمة

إن ثورة المواد في تكنولوجيا الهرم ليست عملية أكاديمية؛ بل هي مفتاح النظم التشغيلية لقلب الصوت؛ أما تركيبات المصفوفة السيراميات ذات الحرارة العالية، والخطوط المتقدمة التي ترتفع فيها درجة الحرارة، فتؤدي إلى رفع الحد الأقصى للدرجات الحرارة بمئات الدرجات؛ فالتصنيفات، والندوب، والتصميمات الذاتية، والوعود بالدفع إلى الأمام، مع استمرار الاستثمار في البحث والاختبارات.

موارد إضافية للقراءة: ]